Ilustración que muestra la evolución del Universo desde la inflación cósmica hasta la actualidad. Las pequeñas desviaciones de las fluctuaciones iniciales respecto a una distribución perfectamente gaussiana, conocidas como no-gaussianidad primordial, podrían haber dejado una huella en la formación de la estructura a gran escala y en la distribución de objetos como los cuásares. El estudio utiliza esta señal para extraer información sobre las condiciones del Universo temprano a partir de mapas de galaxias y cuásares.
Un equipo internacional, liderado por personal investigador del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha desarrollado un nuevo método para extraer información de los mapas de galaxias que trazan la estructura del Universo a gran escala y comprender mejor la física que explica los primeros instantes del Universo tras el Big Bang. El estudio se publica en la revista Astronomy&Astrophysics.
Existe el consenso de que los primeros instantes de nuestro Universo tras el Big Bang estuvieron marcados por una fase de expansión acelerada que duró una fracción ínfima de segundo y multiplicó el tamaño del Universo por un factor 1026, es decir, 1 seguido de 26 ceros. Este paradigma se denomina inflación cósmica y fue propuesto a principios de los años 80. La inflación también predice cómo se forman fluctuaciones primordiales en la distribución de energía del espacio-tiempo, que posteriormente evolucionaron hasta formar las galaxias que observamos hoy en día. Sin embargo, aún no se sabe con exactitud cuál es el modelo físico que mejor describe el proceso inflacionario.
Para comprenderlo, los cosmólogos buscan una posible huella de esta fase inicial del cosmos en la distribución de galaxias que se observa hoy en día mediante mapas del universo realizados con telescopios tanto terrestres como espaciales.
Los modelos físicos de inflación más simples predicen que las galaxias observadas a día de hoy deben distribuirse con un patrón estadístico determinado. No obstante, otros modelos más complejos pueden causar cambios en estos patrones. Mediante lo que los cosmólogos denominan el parámetro de no-Gaussianidad primordial, es posible acceder a una señal fósil del universo temprano que queda presente en la red cósmica que forman las galaxias.
“Para alcanzar conclusiones definitivas sobre la inflación es necesario mejorar la precisión con la que medimos este parámetro, algo que se intenta conseguir con la actual generación de cartografiados de estructura a gran escala” explica José R. Bermejo-Climent, autor principal del estudio, investigador del Konkoly Observatory en Budapest y antiguo investigador del IAC
El equipo utilizó para su estudio el catálogo de cuásares Quaia obtenido por Kate Storey-Fisher, investigadora de Stanford University y coautora del artículo, a partir de datos del satélite Gaia de la ESA. Esta misión ha observado la Vía Láctea durante más de 10 años, pero también posibilitó acceder a objetos extragalácticos muy distantes como los cuásares. “Aunque la misión Gaia no fue originalmente concebida para estudiar la estructura del Universo a gran escala, este telescopio ha observado más de un millón de cuásares, cubriendo el mayor volumen de dichos objetos hasta la fecha, lo que nos permite trazar con precisión la distribución de materia en el Universo’’ comenta la investigadora.
La novedad del estudio reside en la utilización de una nueva técnica para aprovechar mejor la información de los catálogos, que analiza no sólo cómo cambia la densidad de galaxias a lo largo del área de cielo observada, sino también cómo fluctúa el desplazamiento al rojo o redshift, un fenómeno por el que la luz de las galaxias se desplaza hacia longitudes de onda más largas debido a su movimiento de alejamiento y que permite estimar su distancia.
“Los análisis de datos de estructura a gran escala pueden ser mejorados si añadimos las fluctuaciones angulares de redshift como observable cosmológico’’, asegura Carlos Hernández-Monteagudo, investigador del IAC y coautor del artículo. Concretamente, gracias a esta nueva metodología, el equipo mejoró un 25 % la medición del parámetro de no-Gaussianidad primordial que se obtiene con técnicas estándar. De esta forma, el equipo ha conseguido establecer una medida de este parámetro que actualmente es la segunda más precisa obtenida con catálogos de galaxias y la mejor alcanzada con muestras fotométricas, que no miden de forma directa la distancia a las galaxias.
En el futuro, el equipo planea aplicar este nuevo método a los datos de los grandes cartografiados de galaxias de la presente década. “Estamos en una era excitante para la cosmología, con experimentos como DESI, Euclid, LSST y SPHEREx, que van a mejorar nuestra comprensión del modelo cosmológico gracias a nuevos datos con un volumen y sensibilidad sin precedentes, pero también a nuevos métodos de análisis como el que hemos desarrollado” añade Bermejo-Climent.
El estudio también ha contado con la participación de Alba Crespo-Pérez (estudiante de doctorado del IAC y la ULL), Jorge Martin Camalich (investigador del IAC), David Alonso (investigador de Oxford University) y Giulio Fabbian(investigador del Institut d’Astrophysique Spatiale).
Artículo: J. R. Bermejo-Climent, C. Hernández-Monteagudo, A. Crespo-Pérez, J. Martin Camalich, D. Alonso, G. Fabbian and K. Storey-Fisher. “Improving constraints on primordial non-Gaussianity from Quaia with a new cosmological observable: Angular redshift fluctuations’’, Astronomy & Astrophysics 710, A360. DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202659114
Contacto:
José R. Bermejo-Climent, jose.bermejo [at] csfk.org (jose[dot]bermejo[at]csfk[dot]org)
Carlos Hernández-Monteagudo, chm [at] iac.es (chm[at]iac[dot]es)
